1.1.1 Editor

Wie schon in einführenden Teil beschrieben ist ein Text-Editor oder auch kurz Editor eines der wesentlichen Werkzeuge eines Programmierers. Von einer Textverarbeitung (wie z.B. “Word”, “LibreOffice” oder “Google Docs”) unterscheidet sich ein Texteditor, dadurch, dass man damit wirklich nur Text schreiben kann. Eine Formatierung oder das Einfügen von Bildern ist nicht möglich.

Als essentielles Werkzeug ist ein Texteditor Teil der Standard-Installation vieler Betriebssystemen:

• Linux: gedit, Kate, Vim, Emacs, ed
• macOS: TextEdit, Vim, Emacs, ed
• Windows Notepad

Theoretisch wäre es also möglich z.B. einfach Notepad zu verwenden und darin zukünftige Programmier-Projekte zu verwirklichen.

In der Praxis verwendet man aber üblicherweise einen speziell für die Programmierung angepassten Texteditor (manchmal auch Code-Editor genannt).

1.1.2 Command Line

Während man heutzutage als Anwender meist eine grafische Benutzeroberfläche (GUI: Graphical User Interface) verwendet, ist es als Programmierer üblich für viele Aufgaben in einer text-basierten Oberfläche (CLI: Command Line Interface) zu erledigen. Diese hat den Vorteil, dass man hier (wesentlich leichter als in einem GUI) Schritte, wiederum mittels Programmierung, automatisieren kann. Das heißt auch bei den Text den man bei einer textbasierten Oberfläche eingibt handelt es sich um Code in einer bestimmten Programmiersprache.

Um eine kleine Einführung in eine text-basierte Oberfläche zu geben schauen wir uns hier an wie man unter Windows Software mittels CLI installiert. Dazu installieren wir als erstes „Windows Terminal“ in der Powershell. Dabei handel es sich um einem Command-Line-Interpreter für die Programmiersprache PowerShell.

1. Das Programm PowerShell öffnen

   1. „Windows-Taste“ drücken
   2. „PowerShell“ eingeben
   3. Mit „Return“ (⏎) bestätigen

2. Den folgenden Text (Code) in das PowerShell-Fenster einfügen

   winget install --id=Microsoft.WindowsTerminal -e

   und dann mittels ⏎ (Return) ausführen.

   • Bei winget handelt es sich hierbei um ein Programm (Befehl) zum Suchen und Installieren von Software, die in diesem Zusammenhang auch als Paket bezeichnet wird.
   • Mit dem (Sub-)Befehl (Argument) install teilt man winget mit, dass es ein Paket installieren soll.
   • Der Name des Pakets wird mit der (Long-)Option (--) id mit dem Argument Microsoft.WindowsTerminal spezifiziert
   • Die (Short-)Option (-) e wiederum gibt an, dass das das genau (exakt) das Paket Microsoft.WindowsTerminal installiert werden soll

3. Zeit zum auf die Schulter klopfen, nachdem du im 2. Schritt (wahrscheinlich) dein erstes PowerShell-„Programm“ geschrieben hast

Um zu sehen ob die Installation von „Windows Terminal“ funktioniert hat suchen wird nach dem Programm Windows Terminal (einem mehr oder weniger modernerer Ersatz des Programms PowerShell) und führen es aus.

Nun wollen wir in einem zweiten Schritt einen Code-Editor installieren. Ein beliebtest Programm ist dabei Visual Studio Code von Microsoft.

1. Da wir nicht genau wissen wie das Paket für Visual Studio heißt suchen wir mit dem Befehl Kommando/Argument search nach dem Paket

   winget search 'Visual Studio Code'

   Die Anführungszeichen (Single Quotes) sorgen dabei dafür, dass der Text als als Ganzes interpretiert wird und nicht als die 3 Argumente Visual, Studio und Code.

2. Die Ausgabe des obigen Befehls/Code sollte nun die gefunden Pakete/Software anzeigen

   Name                                  Id                                  Version Source
   ------------------------------------------------------------------------------------------
   Visual Studio Code                    XP9KHM4BK9FZ7Q                      Unknown msstore
   Visual Studio Code - Insiders         XP8LFCZM790F6B                      Unknown msstore
   Microsoft Visual Studio Code          Microsoft.VisualStudioCode          1.65.2  winget
   Microsoft Visual Studio Code Insiders Microsoft.VisualStudioCode.Insiders 1.66.0  winget

3. Wir entscheiden uns für das Paket mit der Id Microsoft.VisualStudioCode und installieren dieses mit dem Befehl

   winget install -e --id Microsoft.VisualStudioCode

   Am obigen Befehl sehen wir, dass die Reihenfolge von Option (e und id) normalerweise keine Reihenfolge spielt. Weiters können wir feststellen, dass wir statt des Gleichheitszeichen zur Trennung der Option id und des dazugehörigen Arguments (Microsoft.VisualStudioCode) auch einfach Leerzeichen verwendet werden können.

Bevor wir nun Visual Studio Code öffnen und unser erstes Python-Programm erstellen sollten wir noch den Python-Interpreter installieren.

1. Eine Suche mittels

   winget search Python

   zeigt und, dass die richtige Id des Programms wohl Python.Python.3 ist

2. Wir installieren Python 3 mittels:

   winget install Python.Python.3 -e

   Der obige Befehl zeigt uns, dass man die Option id auch weglassen kann und winget in diesem Fall annimmt, dass es sich beim Argument Python.Python.3 um den Namen des Pakets handelt.

Zum Schluss unser ersten Ausflug in die Programmiersprache PowerShell wollen wir noch das Programm „Hello, World!“ schreiben. Dabei handelt es sich um ein ein typische erstes Programm, dass den Text (String) „Hello, World!“ auf dem Bildschirm ausgibt. Im Wikipedia-Artikel zur Programmiersprache PowerShell sehen wir, dass der Befehl Write-Output verwendet werden kann um einen Text auf dem Bildschirm auszugeben. Eine typische Implementierung (Realisierung eines Problems in Code) von „Hello, World!“ in PowerShell-Code könnte also z.B. so aussehen:

Write-Output "Hello, World!"

Die doppelten Anführungszeichen erfüllen dabei den gleichen Zweck wie die einfachen Anführungszeichen beim Befehl winget search 'Visual Studio Code'. Der Text Hello, World! wird als einzelnes Argument interpretiert und nicht als die zwei Argumente Hello, und World!.

1.1.3 Interpreter

Nachdem wir „Hello, World!“ schon in PowerShell geschrieben haben, wollen wir das gleiche Programm nun in der Programmiersprache Python implementieren. Der Code dafür kann z.B. so aussehen

print("Hello, World!")

Wir sehen, dass der übliche Befehl (Funktion) zum Ausgeben eines Texts (String) in Python print heißt. Das Argument des Befehls "Hello, World!" wird hier, wie auch in der PowerShell, unter doppelte (oder einfache) Anführungszeichen gesetzt. Damit wird in Python angezeigt, dass es sich um einen Text (String/Zeichenkette) und nicht um einen Befehl (wie z.B. bei der Funktion print) handelt.

Wir haben num verschiedene Möglichkeiten unser Programm auszuprobieren. Eine der Möglichkeiten ist die Ausführung direkt im Python-Interpreter.

1. Python-Interpreter öffnen

   • Möglichkeit 1: PowerShell öffnen, den Befehl python eingeben und mittels ⏎ (Return) bestätigen
   • Möglichkeit 2: Mit „Windows-Taste“ die Suche öffnen, den Text “Python” eingeben um nach den Interpreter zu suchen und diesen öffnen

2. Den Code von oben in den Interpreter kopieren und dann mittels ⏎ (Return) ausführen

3. Der Text „Hello, World!“ wird unter dem Code ausgegeben

   >>> print("Hello, World!")
   Hello, World!

Bisher haben wir Code nur direkt im Interpreter ausgeführt ohne diesen vorher in einer Text-Datei zu speichern. Angesichts dessen, dass der bisherige Code nur eine Zeile lang war – dieser Code wird auch oft als “one liner” bezeichnet – war das auch nicht wirklich nötig.

Nun wollen wir den Code unseres „Hello, World!“-Programms mittels Visual Studio Code speichern und ausführen.

1. Visual Studio Code öffnen
2. Eine neue Datei erstellen: Ctrl + N
3. Den Code print("Hello, World!") einfügen
4. Die Datei mittels Ctrl + S unter dem Namen hello.py speichern
5. Mittels „Run“ → „Run Without Debugging“ ausführen

1.1.4 IDE

Bei einem “Integrated Development Environment” handelt es sich um ein Programm, dass den Alltag eines Programmierers erleichtern soll. Dazu bündelt dieses üblicherweise Werkzeuge wie z.B.

• Code-Editor,
• Command-Line-Interface,
• Debugger (Programm um Fehler in Programmen zu finden und zu beheben), und
• Versionsverwaltung (zum Verwalten von Code-Änderungen)

in einer Oberfläche. Der Übergang von Texteditor mit Zusatz-Fähigkeiten wie z.B. das Ausführen des Codes in einem Schritt zu einer IDE ist dabei relativ fließend. Manche Leute würden z.B. Visual Studio Code auch schon als IDE bezeichnen.

Beliebte IDEs für die Entwicklung von Python-Code sind z.B.

• Spyder oder
• PyCharm.

2.2.1 Konstanten

Einer der einfachsten Varianten von Ausdrücken sind Konstanten. Diese kennt man eventuell auch schon aus dem Mathematik-Unterricht. Hier mal ein paar Beispiele:

Um heraus zu finden welchen Typ ein bestimmter Ausdruck hat kann man die Funktion type verwenden:

type(True)

<class 'bool'>

type(1234)

<class 'int'>

type(12.34)

<class 'float'>

type("1234")

<class 'str'>

type('1234')

<class 'str'>

2.2.2 Funktionen und Operatoren

Diverse Funktionen wie z.B. abs, min und Operatoren wie z.B. +, - , ** (Potzenz) können ebenfalls Teil eines Ausdrucks sein.

1+2

3

"1" + "2"

'12'

2**3

8

abs(-123)

123

min(12.4, 12.3)

12.3

max(12.4, 12.3)

12.4

min(max(1,2,3), max(-1,-2,-3))

-1

Wie man bei der Funktion min sieht werden die Argumente einer Funktion in Python durch Beistriche getrennt.

• ❔ Warum unterscheidet sich das Ergebnis des ersten und des zweiten Ausdrucks?

• ❔ Um welche mathematische Operation handelt es sich bei **?

• ❔ Welchen Wert ermitteln die Funktionen min, max und abs?

• ❔ Welche Typen haben die (Ergebnisse der) obigen Ausdrücke?

Operationen wie + oder ** können ebenfalls als Funktion angesehen werden, die

• einen speziellen Namen (wie z.B. +, - , *) besitzen und
• meist Infix-Notation (Funktion/Operator zwischen Argumenten) statt Postfix-Notation (Argumente nach Operation/Funktion) verwenden.

So gibt es neben dem Operator + z.B. auch eine Funktion mit mehr oder weniger gleicher Funktionalität mit dem Namen add:

from operator import add # Funktion add importieren

add(1, 2) # Argumente nach Funktion (Postfix-Notation)
# 3
1 + 2 # Argumente vor und nach Funktion (Infix-Notation)
# 3

Neben den von Haus aus sichtbaren Funktionen/Operatoren, wie z.B. abs und -, gibt es noch viele andere Funktionen/Operatoren, die erst importiert werden müssen bevor man sie verwenden kann. Ein Beispiel dafür sehen wir in der ersten Zeile des obigen Codeblocks in dem die Funktion add aus dem Modul operator importiert wird.

Ein weitere Neuerung im obigen Text sind Kommentare. Diese beginnen in Python mit dem Zeichen #. Der Text hinter diesem Zeichen (bis zum Zeilenende) wird vom Interpreter ignoriert. Kommentare dienen z.B. dazu zu dokumentieren,

• warum ein bestimmte Löung für ein Problem gewählt wurde,

• welche Probleme auftreten könnten oder

• auch wie ein bestimmtes Problem gelöst wurde.

Dabei sollte man darauf achten keine trivialen Kommentare zu schreiben. Ein Kommentar wie z.B.

1 + 2 # Die Ganzzahlen 1 und 2 werden addiert

ist höchstens für absolute Programmierneulinge interessant. Das soll natürlich keine Aufforderung sein keine Kommentare zu schreiben. Kommentare und andere Form der Dokumentation sind ein essentieller Teil guter Software.

1 + 2

3

1 + 4.5

5.5

"Hello, " + "World"

'Hello, World'

type("Hello, " + "World")

<class 'str'>

min(1, -10)

-10

min(1, -1, 0.5, -2)

-2

print("Hello,", "World")

Hello, World

type(print("Hello,", "World"))

Hello, World
<class 'NoneType'>

print("One")
print()
print("Two")

One

Two

1
1.0
float(1)
int("1")
1+10 * 3.3
1.1
print(1+3)
str(1) + "10"
True
int(True)
int(False)
bool(1337)

2.2.3 Vergleichsoperatoren

Eine, wie wir später noch sehen werden, in Programmiersprachen sehr wichtige Art Aufgabe übernehmen Vergleichsoperatoren. Diese Arten von Operatoren

• vergleichen zwei Argumente und

• geben ein Ergebnis vom Typ bool, also entweder True oder False zurück.

Der häufigste Vergleichsoperator ist wohl == der seine zwei Argumente auf Gleichheit überprüft:

1 == 2

False

"Hello" == 'Hello'

True

"hello" == "Hello"

False

None == None

True

Der genau entgegengesetzte Operator zu == ist != und überprüft ob die Ausdrücken links und rechts nicht gleich (unterschiedlich) sind.

1 != 1

False

1337 != 4

True

"Hello" != 'hello'

True

None != None

False

• ❔ Wie lautet das Ergebnis der untenstehenden Ausdrücke?

"1" == '1'
1 != 1
True == False
True != False
2 != 2.2

Neben Gleichheit kann man bestimmte Ausdrücke, wie z.b. Zahlen, auch mit

• < (kleiner) ,
• <= (kleiner gleich) ,
• > (größer), oder
• >= (größer gleich)

vergleichen.

5 < 6

True

6 < 6

False

6 <= 6

True

2 >= 2

True

2.1 > 2.01

True

• ❔ Wie lautet das Ergebnis der untenstehenden Ausdrücke?

20 > 21
20 >= 21
1 >= 1
1 < 1

2.2.4 Boolsche Operatoren

Boolsche Ausdrücke, also Ausdrücke die entweder den Wert True oder False annehmen sind ein wichtiger Bestandteil praktisch jedes Programms. Um boolsche Ausdrücke miteinander zu kombinieren kann man boolsche Operatoren verwenden. Hier wollen wir kurz auf die wichtigsten dieser Operatoren:

• not,
• and, und
• or

eingehen.

not False

True

not (1 >= 2)

True

not 1 >= 2

True

not not not True

False

False and False

False

True and False

False

False and True

False

True and True

True

(1 < 2) and (1 <= 2)

True

False or False

False

(1 < 2) or (1 > 2)

True

(True and False) or False

False

(5 + 6 <= 10) or (True and True)
(10 * 6 == 60) and not (10 < 10)
True and False or not False